(57)【要約】  各々が固有のＩＤデータを送信する、異なる照明装置から発する光線のオーバーラップ領域内で受ける光信号を復号するための受信器、方法、端末装置、可視光透過構造体及びシステム。受信器（３９）に入射する光線（４５、４６、４７）は、光検出器のアレイ（２１）の長手方向（ｘ）に光学的にばらばらに広がる。斯様に広がる光線（４５ａ、４６ａ、４７ａ）は、光学的に発散され、特定の光検出器（２２〜２８）の放射活性表面（２９）にわたってさらに広がり、これによりそれぞれの光検出器（２２〜２８）で受けられる光量を最適化する。
2019537374.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可視光通信のための受信器であって、
可視光信号を受信して電気信号に変換するための、第１の方向に順次配置された複数の光検出器を有する光検出器アレイであって、各光検出器は、前記第１の方向及び該第１の方向とは異なる第２の方向にある距離にわたって延びる、光検出器アレイと、
前記電気信号を処理するよう構成されるプロセッサと、
可視光信号を含む可視光線を受けて前記光検出器アレイに向けるよう構成される、光入口面及び光出口面を持つ可視光透過構造体と
を備える受信器であり、
前記可視光透過構造体は、異なる入射角で前記光入口面に入射する光線を、前記第１の方向にばらばらに広げ、前記出口面において、前記第２の方向に発散させるよう構成される、受信器。
【請求項２】
前記可視光透過構造体の外側から見て、前記光入口面は前記第１の方向に凹形状を含み、前記光出口面は前記第２の方向に凸形状を含む、請求項１に記載の受信器。
【請求項３】
前記光入口面は、長手方向軸が前記第２の方向に延びる、半円筒形の凹形状を含む、請求項２に記載の受信器。
【請求項４】
前記光出口面は、長手方向軸が前記第１の方向に延びる、半円筒形の凸形状を含む、請求項２又は３に記載の受信器。
【請求項５】
前記光出口面は、隣接して配置された複数の副面を含み、各副面が、前記第２の方向に凸形状を含む、請求項２又は３に記載の受信器。
【請求項６】
前記副面が、長手方向軸が前記第１の方向に延びる、半円筒形の凸形状を含む、請求項５に記載の受信器。
【請求項７】
前記光入口面及び前記光出口面は、互いに距離を置いて対向して配置されている、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の受信器。
【請求項８】
当該受信器に入射する光線を受ける、前記光透過構造体の前記光入口面の前方の絞りを備え、前記絞りは、受けた光線を前記光入口面に向けるための光透過アパーチャを持つ、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の受信器。
【請求項９】
前記第１の方向と前記第２の方向とが直交している、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の受信器。
【請求項１０】
前記可視光透過構造体は、前記光入口面の主軸に対して０度、３０度及び６０度の角度の各々で入射する光線を、前記光検出器アレイの異なる検出器によって受けられるように広げ、広がった前記光線の各々を対応する光検出器に発散させるよう構成される、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の受信器。
【請求項１１】
前記プロセッサは、変換された受信可視光信号から識別信号を抽出するよう構成される、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の受信器。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の受信器を備える端末装置。
【請求項１３】
請求項１乃至１１のいずれか一項に従って構成される可視光透過構造体。
【請求項１４】
可視光信号を送信するよう構成される少なくとも１つの照明装置と、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の少なくとも１つの受信器とを含む、可視光通信システム。
【請求項１５】
可視光受信器に入射する光線に含まれる可視光通信システムの可視光信号を処理する方法であって、前記受信器は、可視光信号を受信して電気信号に変換するための、第１の方向に順次配置された複数の光検出器を有する光検出器アレイであって、各光検出器は、前記第１の方向及び該第１の方向とは異なる第２の方向にある距離にわたって延びる、光検出器アレイを有し、当該方法は、
異なる入射角で前記受信器に入射する光線を前記第１の方向に光学的にばらばらに広げる、
前記ばらばらに広がる光線を前記第２の方向に光学的に発散させる、及び
それぞれの光検出器で受けた前記光線の可視光信号から該それぞれの光検出器によって変換された電気信号を、前記電気信号から識別信号を抽出し、該識別信号を処理することによって、処理する
ことを含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般に、光学通信の分野に関し、とりわけ、可視光通信システムにおいて可視光信号を受信し処理するための受信器、方法及び受信器を備える端末装置に関する。本開示はさらに、受信器の可視光透過構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
可視光通信（ＶＬＣ：Visible Light Communication）、とりわけ、ＶＬＣベースの測位は、移動端末の測位を決定するための魅力的な屋内測位技術として浮上している。
【０００３】
ＶＬＣは、既存の及び新しい照明装置又は照明器具に設置されることができ、その結果、照明機器は、照明の目的を果たすだけでなく、データ通信も提供する。したがって、ＶＬＣは、発せられる光信号が照明と通信の両方に寄与するので、効率的な電力消費を提供する。
【０００４】
ＶＬＣは、無線若しくは電磁干渉を引き起こさない、又は無線若しくは電磁干渉を受けないので、ＶＬＣは、無線周波（ＲＦ：Radio Frequency）放射しがちな、ましてはＲＦデータ送信が禁止されている病院又は他のエリアにおけるＲＦ通信及びＲＦベースの測位に取って代わることができる。
【０００５】
ＶＬＣベースの測位システムでは、典型的には、発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）光源等の各照明装置の光源は、照明装置を識別する識別データ（ＩＤ：Identification Data）を表す変調された光測位信号を送信する。変調は、目に見えるちらつきを引き起こさないような高い周波数で行われる。
【０００６】
例えば、各照明装置が固有のＩＤを送信する、近接オンリー(proximity only)ＶＬＣシステムでは、例えば、可視光受信器を備えるモバイル端末装置は、ＶＬＣシステムによってカバーされるエリア内を動きながら受ける光信号のＩＤを処理し、それぞれの照明装置の付加的な測位情報及び関連するＩＤから、該エリア内の自身の位置を計算することができる。付加的な測位情報及び関連するＩＤは、例えば、端末装置に記憶されてもよく、又は中央データベース若しくはノードから受けてもよい。
【０００７】
現在の屋内可視光測位システムでは、例えば、受信信号強度（ＲＳＳ：Received Signal Strength）、到達時間（ＴｏＡ：Time of Arrival）、到達時間差（ＴＤｏＡ：Time Difference of Arrival）及び到来角度（ＡｏＡ：Angle of Arrival）、受信光信号から得られる情報、並びに三角測量、特定の位置における光信号の特定の特性を使用するフィンガープリンティング、確率的方法、データ相関技術、及び検出カメラを使用する視覚分析等を用いる、可視光受信器の地理的位置又は座標をより正確に計算するためのいくつかの処理アルゴリズムが提案されている。
【０００８】
建物の天井に取り付けられた照明装置等の、各々の又は複数の隣接する照明装置が固有のＩＤ光信号を送信する、典型的なシナリオでは、２つ以上の照明装置のオーバーラップ領域(area of overlap)において、例えば、単一の光検出器を具備する可視光受信器は、異なる光源から受ける光信号を復号することができない。
【０００９】
例えば、国際特許出願公開第２０１６／０８６２７６Ａ１号は、１つ又は複数の開口部を持つ前側光入口面と、対向して離間した、２次元アレイの受光素子又は光検出器（フォトダイオード等）を備える後側受光面とを有する光受信器を開示する。このようにして、前側入口面の開口部に斜めに入射する光線は、光信号を復号するための、後側受光面、すなわち、光検出器のアレイにある距離にわたってばらばらに広がる。
【００１０】
しかしながら、この解決策は、光入口面の表面法線に対して比較的大きな角度で、且つ互いに実質的に異なる入射角度で入射する異なる光源の光線に対してのみうまく機能する。しかしながら、光入口面に入射するオーバーラップ領域内の異なる光源からの光線、特に、光入口面における法線に対して比較的小さい角度を有する重なり合う光線(overlapping light ray)、又は互いに対してわずかにだけ異なる光線は、復号目的のためにそれらを区別するために、斯かる開口によっては、後側面において十分にばらばらに広がらないであろう。
【００１１】
さらに、特定の光学素子で受けられる光量は、光線の入射角に依存する。
【００１２】
米国特許出願公開第２００９／０１２３１５６ Ａ１号は、入射光線の伝播方向に見て、アレイの前方に取り付けられた集束レンズから特定の光検出器で受光される光量を最大にするようにアレイを所定の位置に動かすよう構成される、比較的高価で嵩張る複雑なモータ駆動２次元光検出器アレイを開示する。
【００１３】
光検出器で受光される光量を最大にすることは、例えばフォトダイオード又はフォトトランジスタ等の光検出器の活性化領域サイズをできるだけ小さくし、それによって内部抵抗を減らし、その結果時定数が減り、したがって光検出器の動作速度を速めるのに有益であり、このことは、位置ベースのＶＬＣアプリケーションに有利である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本開示の目的は、ＶＬＣシステムの２つ以上の照明装置のオーバーラップ領域(area of overlap)内で発せられるＩＤ情報を搬送する光信号を復号するのに適した、とりわけＶＬＣベースの測位(VLC based positioning)に使用するための、改善された、費用対効果がある、高性能な光検出器ベースの可視光受信器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
第１の態様では、可視光通信のための受信器であって、
可視光信号を受信して電気信号に変換するための、第１の方向に順次配置された複数の光検出器を有する光検出器アレイであって、各光検出器は、第１の方向及び第１の方向とは異なる第２の方向にある距離にわたって延びる、光検出器アレイと、
電気信号を処理するよう構成されるプロセッサと、
可視光信号を含む可視光線を受けて光検出器アレイに向ける(direct)よう構成される可視光透過構造体と
を備える受信器であり、
可視光透過構造体は、光入口面及び光出口面を持ち、異なる入射角で光入口面に入射する光線を、第１の方向にばらばらに広げ(spread apart)、出口面において、第２の方向に発散させる(diverge)よう構成される、受信器が提供される。
【００１６】
開示される可視光透過構造体は、入射光線の二重の広がり又は発散(dual spreading or diverging)を提供する。例えば、光入口面における表面法線に対して異なる角度で可視光透過構造体に入射する、オーバーラップ領域(area of overlap)内の異なる光源の光線は、第１の方向に離間して可視光透過構造体を出るように、光検出器アレイの第１の方向に沿って分離される。斯くして、異なる光源の光線は、出口面に対向して位置付けられた光検出器アレイの異なる光検出器によって受光される。
【００１７】
光検出器のアレイの特定の光検出器に入射する離間した光線の光量を最適化するために、光線は、対応する光検出器の表面領域のできるだけ大きな部分をカバーするように、第２の方向に沿って可視光透過構造体によって発散される。これにより、例えば、光検出器の活性領域のサイズ及び動作速度に関して光検出器の性能を最適化し、第２の方向における光検出器の位置の公差に対処することが可能になる。すなわち、可視光透過構造体が光検出器に比較的大量の光を向けるので、例えば、光検出器アレイの光検出器の活性領域は比較的小さくされてもよく、これにより動作速度を比較的速くすることができる。
【００１８】
本開示の目的のために、用語「光検出器」又は「光センサ」は、例えば、検出回路に含まれる場合、その活性領域に入射する又は当たる可変光信号を可変電圧又は電流に変換するデバイスとして解釈されるべきである。光検出器は、増幅フォトダイオードとして機能するフォトトランジスタ、光電子発生層を有する電荷結合素子（ＣＣＤ）、及び他の光電子放出性(photoemissive)、光起電力性(photovoltaic)又は光電子性(photoelectric)の検出器又はセンサ等、それらの検出メカニズムによって分類されてもよい。
【００１９】
受信器の一実施形態では、可視光透過構造体の外側から見て、光入口面は、第１の方向に凹形状を含み、光出口面は、第２の方向に凸形状を含む。
【００２０】
湾曲した光透過性表面を使用することによって、入射光線の広がり(spreading)が、表面の曲率を変えることにより効果的に制御及び設定されることができる。これは、とりわけ、受信器、すなわち、受信器の光入口面に、互いにわずかにだけ異なる角度で入射する、又は表面法線に対して小さな入射角で入射する、オーバーラップ領域内の異なる照明装置の光線をばらばらに広げるのに有益である。光検出器の光学活性表面領域のできるだけ大きな部分をカバーするために、出口面の曲率は、光入口面の曲率とは無関係に、最適に設定されることができる。
【００２１】
受信器の一実施形態では、光入口面は、長手方向軸が第２の方向に延びる、半円筒形の凹形状を含む。すなわち、凹面は、長手方向軸が第２の方向に延び、湾曲部が第１の方向に延びる、円筒形表面の一部、すなわち、半円筒形表面として形成される。このようにして、半円筒形の光入口面の長手方向軸に直交する又は交差する入射面内で光入口面に入射する光線は、第１の方向に沿って偏向され、発散される。したがって、可視光透過構造体は、円筒形構造体の長手方向軸と交差する仮想平面内で入射する光線を第１の方向に離間させる、空間フィルタとして機能する。
【００２２】
受信器のさらなる実施形態では、光出口面は、隣接して配置された複数の副面(sub-surface)を含み、各副面が、可視光透過構造体の外側から見て、第２の方向に凸形状を含む。各副面は、特定の光検出器の光学活性表面領域を横切るように上記のばらばらに広がる光線を発散させるよう最適に設計されることが可能である。
【００２３】
受信器の一実施形態では、一列に並んでいない照明器具、すなわち、例えば第２の方向に互い違いに(staggered)配置されている照明器具からの光の捕捉を向上させるために、光出口面は、長手方向軸が第１の方向に延びる、半円筒形の凸形状を含む。
【００２４】
受信器の別の実施形態では、副面が、長手方向軸が第１の方向に延びる、半円筒形の凸形状を含む。上述した半円筒形の凹状光入口面と組み合わされる場合、半円筒形副面の長手方向軸は、半円筒形の凹状光入口面の長手方向軸と交差する入射面と整列する。斯くして、出口面における光線は、可視光透過構造体の出口面の凸状の半円筒形副面によって画定される空間内で効果的にチャネル化(channeled)される。
【００２５】
斯かる実施形態では、オーバーラップ領域内のいくつかの平行平面内の異なる照明装置から入射する光線は効果的に離間され、特定の光検出器を横切るように方向付けられる。斯くして、伝送される光信号が効果的に復号されることができる。
【００２６】
一実施形態では、光検出器アレイは、第１の方向に延びる離間した光検出器の線形アレイである。斯かる受信器は、例えば、廊下、ユーティリティトンネル(utility tunnel)、街路、ハイウェイ等において長手方向に順次配置される、屋内及び屋外の両方の照明装置によって発せられる光信号を復号するために最適に構成される。
【００２７】
受信器のコンパクトな実施形態は、光入口面と光出口面とが、特定の距離にわたって離間し、対向して配置されていることを特徴とする。
【００２８】
可視光透過構造体の空間光線フィルタリング特性はさらに、受信器に光線が入射する方向に見て、光入口面の前方に位置付けられる絞り(diaphragm)を適用することによって向上させることができる。絞りは、光入口面に入射する光線束(bundle of light rays)の寸法を制限するための光透過アパーチャを含んでもよい。例えば、０．５〜８ｍｍの範囲、典型的には、１ｍｍ又は５ｍｍの直径を有する円形アパーチャ、又は第１の方向に延び、約２〜１０ｍｍの長さ及び最大で０．５〜５ｍｍの幅の寸法を有する細長いスリット若しくはスロットタイプのアパーチャであってもよい。
【００２９】
広範囲の実用的な用途に適した受信器の実施形態では、可視光透過構造体は、とりわけ、光入口面の主軸に対して０度、３０度及び６０度の角度の各々で入射する光線を、光検出器アレイの異なる検出器によって受けられるように広げ、広がった光線の各々を対応する光検出器に発散させるよう構成される。
【００３０】
理解されるように、受信器の可視光透過構造体は、ガラス、例えばケイ酸塩ガラス等、又はポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等の透明プラスチック若しくはポリマ材料等の単一片の光学透明材料として、とりわけ、押出しプロセスによる押出し製品として製造されることができる。これは、開示された受信器が非常に費用対効果の高い方法で製造されることを可能にし、これにより、当該受信器を、大規模での使用、例えば、様々なデバイスのためのＶＬＣベースの測位における使用に適したものにする。
【００３１】
一実施形態では、受信器のプロセッサは、変換された受信可視光信号から識別信号を抽出するよう構成される。本開示の背景技術の段落で示されたように、プロセッサは、通信及び／又は測位の目的で復号又は識別された光信号を処理するよう構成及びプログラムされてもよい。
【００３２】
第２の態様では、前述のいずれかの受信器を備える端末装置、とりわけ、モバイル端末装置が提供される。光信号データを復号及び処理するためのアルゴリズムは、端末装置のプロセッサに含まれてもよいことを理解されたい。
【００３３】
第３の態様では、前述のいずれかのように構成される可視光受信器に使用するための可視光透過構造体が提供される。
【００３４】
本開示の第４の態様は、可視光信号を送信するよう構成される少なくとも１つの照明装置と、前述のいずれかの少なくとも１つの受信器とを含む、可視光通信システムに関する。
【００３５】
第５の態様によれば、可視光受信器に入射する光線に含まれる可視光通信システムの可視光信号を処理する方法であって、受信器は、可視光信号を受信して電気信号に変換するための、第１の方向に順次配置された複数の光検出器を有する光検出器アレイであって、各光検出器は、第１の方向及び第１の方向とは異なる第２の方向にある距離にわたって延びる、光検出器アレイを有し、当該方法は、
異なる入射角で受信器に入射する光線を第１の方向に光学的にばらばらに広げる、
広がった光線を第２の方向に光学的に発散させる、
それぞれの光検出器で受けた光線の可視光信号から該それぞれの光検出器によって変換された電気信号を、電気信号から識別信号を抽出し、識別信号を処理することによって、処理する
ことを含む、方法が提供される。
【００３６】
本開示の上記及び他の態様は、以下で述べられる実施形態を参照して明らかになり且つ詳述されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】屋内可視光通信（ＶＬＣ）システムの典型的な適用シナリオを示す。
【図２】本開示の一実施形態における可視光受信器の光学的受光部を入射光線とともに概略斜視図で示す。
【図３】本開示のさらなる実施形態における可視光受信器の光学的受光部を入射光線とともに概略斜視図で示す。
【図４】概略斜視図で、図３の光学的可視光透過構造体を拡大して示す。
【図５】図３に示される可視光受信器の光学的受光部と入射光線の正面図である。
【図６】図３に示される可視光受信器の光学的受光部と入射光線の側面図である。
【図７】受信器の光検出器アレイが受けた光信号から変換された電気信号を処理するよう構成されるプロセッサを備える、図３に示された可視光受信器を示す。
【図８】本開示による方法で実行されるステップの一例を示す簡略フローチャート図を示す。
【図９ａ】本開示によるＶＬＣシステムにおける可視光受信器の典型的な適用シナリオを示す。
【図９ｂ】本開示によるＶＬＣシステムにおける可視光受信器の典型的な適用シナリオを示す。
【図９ｃ】本開示によるＶＬＣシステムにおける可視光受信器の典型的な適用シナリオを示す。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
図１の参照番号１０は、典型的な屋内可視光通信（ＶＬＣ）システムの一例を示す。ＶＬＣシステムは、空間又は部屋１１の天井１４に取り付けられた複数の照明装置１２、１３を含む。部屋１１の照明に加えて、照明装置１２、１３、すなわち、発光ダイオード（ＬＥＤ）等の照明装置の光源は、通信目的のために光信号を生成する振幅、位相及び／又は周波数変調光線１５、１６を発する。
【００３９】
例えば、ＶＬＣベースの測位システムでは、照明装置１２、１３の変調光信号は、ＶＬＣシステム１０の特定の照明装置１２、１３を一意に識別する識別データ（ＩＤ）を送信する。
【００４０】
ＶＬＣシステム１０の基本的な実施形態では、例えば部屋１１内を左から右へ移動する可視光受信器１８の地理的位置及び移動方向は、移動中に受信器１８によって受信され光信号のＩＤ、及びＩＤに関連する照明装置１２、１３の追加の地理的位置情報を受信して復号することによって確立されることができる。
【００４１】
部屋１１内で、参照番号１７によって示される領域において、光線１５、１６は互いに重なり合う（オーバーラップする）。オーバーラップ領域１７に存在し、受信した可視光信号を電気信号に変換するよう構成される光検出器を備える受信器１８は、同時に受信した照明装置１２、１３両方の光信号を復号することができない。斯くして、オーバーラップ領域１７内の受信器１８の位置は、ＶＬＣシステム１０によって決定されることができない。
【００４２】
図２は、本開示による可視光受信器２０の第１の実施形態の光学部品を示す。受信器２０は、光検出器アレイ２１を備える。光検出器アレイ２１は、順次、間隔を置いて配置された複数の光検出器、例えば、フォトダイオードの放射活性面２９で受ける可視光信号を電気信号に変換するよう各々構成される、７つのフォトダイオード２２〜２８を有する。図示の実施形態では、フォトダイオードアレイ２１は、図２に示されるｘ、ｙ、ｚ座標系のｘ座標に沿って延びる線形アレイである。各フォトダイオード２２〜２８の放射活性面２９は、ｘ方向にある距離にわたって、及びｙ方向にある距離にわたって延びる。これらの距離は、フォトダイオード、すなわち、その放射受光面２９の特定のサイズ及び形状に依存して、等しくてもよく、異なってもよい。
【００４３】
フォトダイオード２２〜２８の前方に、すなわち、それらの放射活性面２９の前方に、可視光透過体（構造体）３０が位置付けられている。可視光透過構造体３０は、光入口面３１と、対向して間隔を置いて配置される光出口面３２とを含む。光入口面３１及び光出口面３２、並びに光入口面３１と光出口面３２との間に含まれる構造体３０の部分は、可視光に対して透過性又は不透明である。
【００４４】
図示の実施形態では、光入口面３１は、可視光透過構造体３０の外側から見て凹形状を有する。図２に示されている直交するｘ、ｙ、ｚ座標系に関して、光入口面３１は、半円筒形状を有し、その長手方向軸は、ｙ座標（ｙ方向）に沿って延び、その凹状の湾曲は、ｘ座標（ｘ方向）に沿って延びる。
【００４５】
図示の実施形態では、光出口面３２は、可視光透過構造体３０の外側から見て半円筒形の凸形状を有する。しかしながら、光出口面３２の湾曲は、ｙ座標に沿って延び、凸状の半円筒形光出口面３２の長手方向軸は、ｘ座標に沿って延びる。
【００４６】
可視光透過構造体３０の作用を説明する目的で、光線３５、３６は、図示のように、半円筒形の光入口面３１の長手方向軸と交差するように延びる仮想入射面３３、すなわち、ｘｚ座標によって画定される平面に平行な入射面内で光入口面３１に入射する（衝突する）と仮定される。
【００４７】
作用時、スネルの法則に従って、入射光線３５、３６は、可視光透過構造体３０によって第１の方向（ｘ方向）に屈折される。光入口面３１の凹形状に起因して、入射光線３５、３６は、屈折によって偏向され、ｘ座標（ｘ方向）に沿ってある角度で発散される。この角度の値は、例えば、光線３５、３６の入射位置における光入口面３１の光軸又は表面法線に対して表されることができ、表面法線に対するそれぞれの光線の入射角、光線の入射位置における光入口面３１の曲率、及び構造体３０の可視光に対する屈折率、並びに光線が伝播する媒体（通常は周囲の空気）に依存する。屈折率は、真空中に加え、入射光の波長によっても異なることに留意されたい。したがって、入射光線の発散量は、放射光の色によっても異なる。
【００４８】
このように偏向され発散された光線３５、３６は、光出口面３２に入射すると屈折され、可視光透過構造体３０の外側から見て光出口面３２の凸形状に起因して、ｙ座標（ｙ方向）に沿ってさらなる角度で発散される。このさらなる角度の値は、発散される光線３５、３６の入射位置における光出口面３２の表面法線に対して表されることができ、発散される光線の入射位置における光出口面３２の曲率、可視光透過構造体３０の可視光に対する屈折率、発散される光線の入射角、光線が可視光構造体３０を出る際の媒体（通常は周囲の空気）、及び光の色、すなわち、光の波長に依存する。
【００４９】
光出口面３２の表面法線が入射面３３内にある場合、光入口面３１で偏向された光線３５、３６は、構造体３０を通って進み、光出口面３２において再び偏向され、それぞれ偏向された（屈折された）光線３５ａ及び３６ａのように、入射面３３と一致する仮想面内で光出口面３２を離れる。入射面３３が光出口面３１の表面法線と一致しない場合、偏向される光線３５、３６は、例えば、それぞれ異なる入射面に対応する、光線３５ｂ、３５ｃ及び３６ｂ、３６ｃで示されるように、ｙ軸に沿って発散される。
【００５０】
図１に示される照明装置１２、１３等の照明装置は、実際には、光入口面３１及び光出口面３２における両方の表面法線との角度を含む、それぞれの入射面内で光入口面３１に入射する光線束１５、１６を発することに留意されたい。さらに、これらの入射面は、光入口面３１の長手方向軸に沿って、すなわち、ｙ方向に分布し、これにより、入射光線３５、３６を光出口面３２上に効果的に広げる。
【００５１】
図２に概略的に示されるように、可視光透過構造体３０の光入口面３１及び光出口面３２は、湾曲した凹／凸レンズとして協調して作用し、フォトダイオードアレイ２１に沿って第１の方向（ｘ方向）に光線３５、３６を広げ、各個々のフォトダイオード２２〜２８、すなわち、その放射活性面２９が延びる第２の方向（ｙ方向）に光線３５、３６を発散させる。結果として、異なる入射角においてオーバーラップ領域１７内で可視光透過構造体３０に入る光線３５、３６は各々方向付けられる、すなわち、フォトダイオード２２〜２８のうちの互いに異なるフォトダイオードの放射活性面２９上に分配される（散らされる）。これにより、上記で述べたように、光信号を電気信号に復号するために、最適な性能を発揮するよう特定のフォトダイオード２２〜２８に向けられる光量を最適化する。
【００５２】
図３は、例えば、入射光線４５、４６、４７を有する、本開示のさらなる実施形態における可視光受信器３９の光学的受光部分(optical light receiving part)を示す。フォトダイオードアレイ２１のフォトダイオード２２〜２８の前方に、すなわち、それらの放射活性面２９の前方に、可視光透過体（構造体）４０が位置付けられている。可視光透過構造体４０は、光入口面４１と、対向して離間した光出口面４２とを含む。光入口面４１及び光出口面４２、並びに光入口面４１と光出口面４２との間に含まれる構造体４０の部分は、可視光に対して透過性又は不透明である。
【００５３】
図示の実施形態では、可視光透過構造体３０の光入口面３１と同様に、光入口面４１は、図示のように、直交ｘ、ｙ、ｚ座標系に関して同様に延びる、可視光線４５、４６、４７の入射方向から見て、半円筒形の凹形状を有する。
【００５４】
図２に示される光出口面３２とは異なる光出口面４２は、可視光透過構造体４０の拡大斜視図である図４により詳細に示されるように、隣接して配置される複数の副面４８を含む。各副面４８は、可視光透過構造体４０の外側から見て、ｙ方向（すなわち第２の方向）に延びる凸形状を有し、可視光受信器３９のフォトダイオードアレイ２１対してｘ方向（すなわち第１の方向）に沿って直線的に(rectilinear )延びる。
【００５５】
図示の実施形態では、副面４８は、半円筒形の凸形状を含み、その長手方向軸は、ｘ座標（ｘ方向）に沿って延在し、隣接する導光チャネル４９を形成する。
【００５６】
可視光透過構造体４０の長さＬ及び幅Ｗは、光線４５、４６、４７の特定の範囲の入射角をカバーし広げるように、実質的に等しい、例えば、２０〜３０ｍｍの範囲であってもよい。一実施形態では、２〜１０ｍｍ２の光（放射）活性面を有するフォトダイオード等の光検出器が、本発明による受信器に適用されてもよい。
【００５７】
光入口面４１の前方に、可視光受信器３９は、受信器３９に入射する光線４５、４６、４７を受け、可視光透過構造体４０の入口面４１に向けるための、図面の面で見て、その上面５３及び底面５４に開口する光透過アパーチャ４４を有する絞り５０を備える。絞り５０、すなわち、その上面５３及び下面５４は、不透明にされてもよく、例えば、可視光を透過しない材料で被覆又は覆われてもよい。
【００５８】
円形アパーチャとして示されているアパーチャ４４は、光受信器の有効作用範囲を設定するように、例えば、光入口面の主軸に対して０度、３０度及び６０度の角度の各々で入射する光線を、フォトダイオードアレイ２１のフォトダイオード２２〜２８のうちの互いに異なるフォトダイオードによって受けられるように広げ、広がった光線４５、４６、４７の各々が対応するフォトダイオードに発散するように、光入口面４１に入射する光線束４５、４６、４７の寸法を制限するよう作用する。
【００５９】
受信器３９の作用は、図５及び図６に関してさらに示される。図５は、図３に示されるように、絞り５０の前面５１から見た、可視光受信器３９の正面図である。
【００６０】
図２に関して説明したのと同様に、凹状の光入口面４１に異なる角度で入射するアパーチャ４４に入射する光線４５、４６、４７は、２回屈折され、発散され、屈折（偏向）された光線４５ａ、４６ａ、４７ａとして、ｘ方向に、すなわち、フォトダイオードアレイ２１のフォトダイオード２２〜２８が離間する方向にばらばらに広がって、光出口面４１を出る。すなわち、偏向された光線４５ａは、フォトダイオード２４に向けられ、偏向された光線４６ａは、フォトダイオード２２に向けられ、偏向された光線４７ａは、フォトダイオード２５に向けられる。
【００６１】
実質的に光入口面４１と光出口面４２との間で測定される可視光透過構造体４０の（本体の）高さＨ、及び光入口面４１の曲率半径が、特定の光線の偏向量を決定する。すなわち、光入口面４１と光出口面４２との間の距離が大きくなるにつれて、光線の偏向は大きくなる。一実施形態では、光入口面４１の曲率は、例えば、０．０１〜０．５（１／ｍｍ）であり、高さＨは、例えば、１．５〜５ｍｍに設定される。光出口面の曲率は、例えば、５〜１００ｍｍの径(radius)を有してもよい。半円筒形の実施形態では、光出口面は、例えば、０．３〜５ｍｍの範囲の長手方向の長さを有してもよい。
【００６２】
図６は、図４に示される絞り５０の側面５２の側面図において、偏向された光線４５ａ、４６ａ、４７ａが、ｙ方向に見て、特定のフォトダイオードの放射活性面２９上にどのように広がる（発散される）かを概略的に示す。可視光透過構造体４０の半円筒形副面４８のチャネル効果（トンネル効果）に起因して、発散された偏向光線４５ａ、４６ａ、４７ａは、特定のフォトダイオードの放射活性面２９上に効果的に広がる。これにより、フォトダイオードアレイ２１の特定のフォトダイオードにおけるアパーチャ４４を通過する光量を最適化する。
【００６３】
アパーチャ４４の形状及び寸法は、可視光透過構造体４０の出口面４２の形状及び寸法、並びにフォトダイオードアレイ２１のフォトダイオードの放射活性面の配置(arrangement)及び形状に最適に適合されることができることを理解されたい。
【００６４】
可視光受信器２０、３９の可視光透過構造体３０、４０は、アクリル若しくはアクリルガラスとしても知られるポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等の可視光透明プラスチック材料、又はケイ酸塩ガラス等のガラス等の、単一片の光学透明材料として製造されることができる。可視光透過構造体３０、４０は、例えば、押出しプロセスによって、又は３Ｄ印刷プロセスから製造されてもよい。
【００６５】
図７は、ハウジング４３内に配置された、上述した可視光透過構造体４０、絞り５０、及びフォトダイオードアレイ２１を備える、可視光受信器３９を示す。絞り５０のアパーチャ４４は、例えば、ＶＬＣシステム１０等のＶＬＣシステムの光信号を含む光線を受けるために、ハウジング４３の外部からアクセス可能である。
【００６６】
可視光受信器３９はさらに、フォトダイオードアレイ２１のフォトダイオードが電気的に接続される、マイクロプロセッサ（μＰ）、マイクロコントローラ、又は任意の他のプログラム可能なデータ処理装置等のプロセッサ５５を備える。プロセッサ５５は、フォトダイオードアレイ２１のフォトダイオードが受ける光信号から生成される電気信号を処理するよう構成される。給電及びデータ入力／出力の目的で、プロセッサ５５は、給電インターフェース５７及びデータ通信インターフェース５６に接続される。
【００６７】
プロセッサ５５はさらに、例えば、受信され変換された可視光信号を処理して識別信号を抽出するために、とりわけプロセッサ５５のプログラムデータを記憶するための、データ記憶装置（メモリ）５８に接続される。記憶装置５８はまた、例えば、本開示の概要部分に開示されているように、ＶＬＣシステム内の可視光受信器の地理的位置又は座標を計算するための１つ又は複数の処理アルゴリズムを含んでもよい。
【００６８】
ハウジング４３は、端末装置、とりわけ、携帯電話、又は室内等で動作する清掃目的のためのロボット装置等の、特定の地理的領域で動作するモバイル装置、又はいわゆるモノのインターネット（ＩｏＴ：Internet of Things）プロトコルに従って動作する装置等のモバイル端末装置を表してもよいことに留意されたい。
【００６９】
図８は、簡略化したフローチャートタイプの図６０で、可視光受信器に入射する光線に含まれる、ＶＬＣシステムの（１つ以上の）可視光信号を処理する方法の基本的なステップを示す。受信器は、可視光信号を受信して電気信号に変換するための、第１の方向に順次配置された複数のフォトダイオードを有するフォトダイオードアレイであって、各フォトダイオードは、第１の方向及び第１の方向とは異なる第２の方向にある距離にわたって延びる、フォトダイオードアレイを有する。
【００７０】
フローチャート図６０における流れの方向は、シートの上部から下部へと仮定されている。参照番号６１によって示される第１のステップにおいて、光信号を含む光線が受けられる。このように受けられた光線は、第２のステップ６２において、第１の方向に光学的にばらばらに広げられ、第３のステップ６３において、このようにばらばらに広げられた光線は、第２の方向に光学的に発散される。
【００７１】
このようにそれぞれのフォトダイオードに向けられ受信された光信号は、それぞれのフォトダイオードによって電気信号に変換され、第４のステップ６４で示されるように、例えば、該電気信号から識別信号を抽出し、該識別信号を処理することによって、処理される。
【００７２】
本方法は、例えば、端末装置４３のマイクロコントローラ又はマイクロプロセッサ４２内で実行される、ソフトウェアプログラム又はコードの制御下で電気的に、適切な光学構成要素に光学的に実装され実行されてもよい。
【００７３】
図９ａ、９ｂ、９ｃは、本開示による可視光受信器７０の動作を概略的に示す。受信器７０は、例えば、図２及び図３を参照して図示及び述べられたように、本開示によるタイプの可視光透過構造体７７、及び間隔をあけて配置されたフォトダイオード７２〜７６を含む線形フォトダイオードアレイ７１を備える。
【００７４】
照明装置８１、８２、８３及び８４を含むＶＬＣシステム８０は、それぞれの照明装置８１、８２、８３及び８４を一意に識別するデータの形態で光信号を送信する。すなわち、各照明装置８１、８２、８３及び８４は、それぞれ、特定の照明装置に対応するＩＤデータを含む光線８５、８６、８７及び８８を送信する。
【００７５】
可視光受信器７０、すなわち、受信器７０が組み込まれているモバイル装置が、矢印７８によって示される方向に照明装置８１、８２、８３、８４を横切って移動する場合、本開示による光受信器７０の作用に起因して、図示のように、受信器７０、すなわち、光透過構造体７７において重なり合う光線は各々、フォトダイオード７２〜７６のうちの対応するフォトダイオードによって受光される。
【００７６】
受信器７０が図９ａに示される位置にある場合、フォトダイオード７２は、照明装置８３の光線８７を受け、フォトダイオード７４は、照明装置８２の光線８６を受け、フォトダイオード７６は、照明装置８１の光線８５を受ける。
【００７７】
受信器７０が図９ｂに示される位置に移動される場合、フォトダイオード７３は、照明装置８３の光線８７を受け、フォトダイオード７５は、照明装置８２の光線８６を受け、どのフォトダイオードも、照明装置８１の光線８５を受けない。
【００７８】
受信器が図９ｃに示される位置にさらに移動される場合、フォトダイオード７４は、照明装置８３の光線８７を受け、フォトダイオード７６は、照明装置８２の光線８６を受け、フォトダイオード７２は、新しい照明装置８４から光線８８を受ける。
【００７９】
図から分かるように、特定の照明装置の光線は、受信器７０のフォトダイオードアレイ７１のフォトダイオードのうちのある特定のフォトダイオードにおいて常に受けられ、その結果、特定の照明装置の光信号は、（図９ａ、９ｂ、９ｃには明示されていない）受信器７０のプロセッサによって復号されることができる。例えば、フォトダイオード７２〜７６がそれぞれの照明装置８１〜８４のＩＤを続いて(subsequently)受信する順番から、このようにして復号されたＩＤから、及び室内における照明装置８１〜８４の地理的位置情報から、受信器の位置及び移動方向７８は容易に決定されることができる。
【００８０】
受信器の位置は、特定の光線の入射角を考慮しながらさらに正確に決定されることができる。このために、光透過構造体７７は、例えば、フォトダイオード７２〜７６のうちの特定のフォトダイオードに、３０°、４５°、６０°、７５°又は他の適切な角度等の特定の既知の角度で入射する光線を向けるよう設計されてもよい。
【００８１】
本開示は、図面及び前述の説明において詳細に図示され且つ説明されたが、斯かる図示及び説明は、図示的及び例示的に過ぎず、限定的なものと見なされるべきではない。本開示は、開示された実施形態に限定されない。
【００８２】
例えば、プリズム型構造体等の、可視光透過構造体の光入口面と光出口面とが対向して離間されていない実施形態において本開示を実施することが可能である。光出口面は、放物面形状等を有してもよい。フォトダイオードアレイのフォトダイオードは、特定のフォトダイオードでの集光を向上させるために、線形ではなく、互い違い(staggered manner)に配置されてもよい。フォトダイオードアレイは、例えば、２列以上のフォトダイオードを含み、各列が、図示の第１の方向、すなわち、ｘ方向に延び、隣接するフォトダイオードが、図示の第２の方向、すなわち、ｙ方向に延び、例えば、並列に動作するように動作可能に結合されてもよい。図面の説明で使用される用語「フォトダイオード」は、例として解釈されるべきであり、受けた光信号を電気信号に変換するための他の任意の光センサ、フォトディテクタ又は光学素子によって置き換えられてもよい。
【００８３】
開示された実施形態に対する他の変更は、図面、開示、及び添付の特許請求の範囲の研究から、クレームされた発明を実施する際に当業者によって理解され、達成され得る。特許請求の範囲において、「含む（comprising）」という単語は他の要素又はステップを排除するものではなく、不定冠詞「a」又は「an」は複数を除外しない。単一のプロセッサ又は他のユニットが、請求項に列挙されたいくつかの項目の機能を果たすことができる。特定の手段が互いに異なる従属請求項に記載されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利に使用されることができないことを示すものではない。コンピュータプログラムは、他のハードウェアと一緒に又は他のハードウェアの一部として供給される光学記憶媒体又は固体媒体等の適切な媒体上に記憶／分配され得るが、インターネット又は他の有線又は無線の電気通信システム等の他の形態で分配されてもよい。請求項中の如何なる参照符号もその範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９ａ】
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【図９ｂ】
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【図９ｃ】
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【国際調査報告】
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